DE527374C - Earth fault time relay - Google Patents

Description

Bei Eintritt eines Erdschlusses fließt durch die vom Erdschluß betroffene Leitung über die Erdschlußstelle und die verteilte Kapazität der gesunden Phase ein Strom zurück nach der Stromquelle. Dieser Strom fließt in seiner Gesamtheit durch die vom Erdschluß betroffene Leitung, während er in den anderen Phasen infolge der verteilten Teilkapazität gegen Erde räumlich verteilt auftritt. Parallel zu dem Erdschlußstromkreis liegt ein zweiter Stromkreis, welcher gegeben ist durch die Reihenschaltung der Teilkapazitäten der kranken und gesunden Phasen. Es überlagert sich demnach dem Erdschlußstrom noch ein reiner Kapazitätsstrom, der ebenfalls eine räumliche Verteilung aufweist. Diese Verhältnisse sind in der Abbildung dargestellt. Die in Wirklichkeit stetig verteilte Teilkapazität gegen Erde ist durch fünf konzentrierte Kapazitäten ersetzt. Dies hat zur Folge, daß an Stelle einer stetigen Zunahme bzw. Abnahme des Stromes ein treppenartiger Verlauf auftritt. Diese Treppenkurve geht durch Grenzübergang in eine stetige Kurve über. Am Ende der Leitung werde über den Widerstand R ein Erdschluß eingeleitet, dann fließt von der Transformatorenwicklung T ein Strom bis zum Ende der Leitung 1 von konstanter Stärke; er ist durch schräge Schraffur angedeutet. Dieser Strom fließt weiter über den Widerstand R und nimmt seinen Weg über die Teilkapazitäten C₂ in Richtung der Pfeile zurück nach dem anderen Ende b der Transformatorenspule. Es ist ohne weiteres klar, daß dieser Strom in der Leitung 2 gegen die speisende Spule T zunehmen muß, da durch jede Teilkapazität C₂ ein gewisser Teilbetrag der Leitung 2 zufließt. Neben diesem Stromkreis fließt noch ein zweiter Strom von der Leitung ι über die Kapazitäten C₁ und C₂ nach der Leitung 2 und von da nach dem Ende b der Transformatorenspule. Dieser reine Verschiebungsstrom nimmt gegen das Ende der Leitung ab; sein Verlauf ist in der Abbildung durch senkrechte Schraffur angegeben. Addiert man nun die beiden resultierenden Ströme I₁ und i₂, so ergibt sich ein resultierender Summenstrom, welcher, ausgehend von der Spule T nach dem Erdschlußpunkt, stetig zunimmt. Befindet sich der Erdschluß nicht am Ende der Leitung, sondern irgendwo in der Mitte, so bleiben sich die Verhältnisse im wesentlichen gleich. Auch von der anderen Seite her nimmt der Summenstrom gegen den Erdschlußpunkt zu, er hat im allgemeinen jedoch ein entgegengesetztes Vorzeichen. Ebenso läßt sich für die Mehrphasennetze zeigen, daß im allgemeinen -die Summe der Ströme in der Umgebung des Erdschlußpunktes ein Maximum aufweist. In der Abbildung ist strichpunktiert noch der Verlauf der Spannung einer Leitung gegen Erde eingezeichnet. Die Spannung nimmt, ausgehend vom Erdschlußpunkt, gegen die Transformatorenspule T zu, und zwar, da der Strom ebenfalls zunimmt, schneller als der Strom, im allgemeinen nach einem quadratischen Ge-When an earth fault occurs, a current flows back to the power source through the line affected by the earth fault via the earth fault point and the distributed capacitance of the healthy phase. This current flows in its entirety through the line affected by the earth fault, while it occurs spatially distributed in the other phases due to the distributed partial capacitance to earth. Parallel to the earth fault circuit is a second circuit, which is given by the series connection of the partial capacities of the sick and healthy phases. Accordingly, a pure capacitance current, which also has a spatial distribution, is superimposed on the earth fault current. These relationships are shown in the figure. The partial capacity against earth, which is in reality constantly distributed, has been replaced by five concentrated capacities. As a result, instead of a steady increase or decrease in the current, a stair-like course occurs. This stepped curve turns into a steady curve through the border crossing. At the end of the line, a ground fault is initiated via the resistor R , then a current of constant strength flows from the transformer winding T to the end of the line 1; it is indicated by oblique hatching. This current continues to flow through the resistor R and takes its way through the partial capacitors C ₂ in the direction of the arrows back to the other end b of the transformer coil. It is immediately clear that this current in the line 2 towards the feeding coil T must increase, since a certain partial amount of the line 2 flows through each partial capacitance C _2. In addition to this circuit, a second current flows from the line ι via the capacitors C ₁ and C ₂ to the line 2 and from there to the end b of the transformer coil. This pure displacement current decreases towards the end of the line; its course is indicated in the figure by vertical hatching. If the two resulting currents I ₁ and i ₂ are now added, the result is a total current which, starting from the coil T after the earth fault, increases steadily. If the earth fault is not at the end of the line but somewhere in the middle, the conditions remain essentially the same. The total current towards the earth fault also increases from the other side, but it generally has the opposite sign. It can also be shown for multi-phase networks that in general the sum of the currents in the vicinity of the earth fault point has a maximum. In the figure, the course of the voltage of a line to earth is drawn in dash-dotted lines. Starting from the earth fault point, the voltage towards the transformer coil T increases, and since the current also increases, faster than the current, generally according to a square

setz. Ein zweites Kriterium für den Erdschlußpunkt besteht darin, daß die Spannung in der Zentrale ein Maximum ist und gegen den Erdschlußpunkt zu abnimmt. Berücksichtigt man, daß in der Abbildung die senkrecht schraffierten Ströme reine Verschiebungsströme mit 90⁰ Voreilung sind, daß hingegen die schräg schraffierten eine Phasenverschiebung· von weniger als 90⁰ aufweisen, so kann zur Auswahl des Erdschlußpunktes auch die Phasenverschiebung mit benutzt werden. Man erhält daher folgende Kennzeichen für die Lage des Erdschlußpunktes:set A second criterion for the earth fault is that the voltage in the control center is a maximum and decreases towards the earth fault. If one takes into account that the vertical hatched currents in the figure are pure displacement currents with 90 ⁰ lead, whereas the diagonally hatched currents have a phase shift of less than 90 ⁰ , the phase shift can also be used to select the earth fault point. The following characteristics are therefore obtained for the location of the earth fault point:

1. Die Summe der in den einzelnen Leitungen fließenden Ströme eines w-Leiters ist im Falle eines Erdschlusses von Null verschieden, ihr Wert variiert infolge der räumlichen Verteilung der Ströme längs der Leitungen. Die Summe aller Ströme hat ihren Maximalwert in der unmittelbaren Umgebung des Erdschlusses.1. The sum of the currents of a w-conductor flowing in the individual lines is non-zero in the case of an earth fault, its value varies as a result of the spatial Distribution of currents along the lines. The sum of all currents has its maximum value in the immediate vicinity of the earth fault.

2. Die Spannung der kranken Phase gegen Erde ist in der Zentrale ein Maximum und nimmt gegen den Punkt des Erdschlusses ab.2. The voltage of the diseased phase to earth is a maximum in the control center and decreases towards the point of the earth fault.

3- Die Phasenverschiebung zwischen dem Strom in der kranken Phase und einem der Ströme in der gesunden Phase bzw. der Summe mehrerer Ströme in den gesunden Phasen ist an der Erdschlußstelle ein Maximum.3- The phase shift between the current in the sick phase and one of the Currents in the healthy phase or the sum of several currents in the healthy phases a maximum at the earth connection point.

4. Die Phasenverschiebung des Stromes in der kranken Phase gegenüber einer verketteten Spannung ändert sich vom Kraftwerk nach der Erdschlußstelle, und" zwar derart, daß der Strom im Kraftwerk die größte kapazitive Komponente hat, während er an der Erdschlußstelle die kleinste kapazitive Komponente hat. ■4. The phase shift of the current in the diseased phase compared to a concatenated one Voltage changes from the power station to the earth fault, and "in such a way, that the current in the power station has the largest capacitive component while it is at the Earth fault point has the smallest capacitive component. ■

Diese vier Kennzeichen für den Erdschlußpunkt ermöglichen nun eine Regulierung des Netzes in Abhängigkeit von der Lage des Erdschlußpunktes. Es kann z. B. durch ein geeignetes Relais ein Signal gegeben werden, wo der Erdschluß sich befindet, oder es kann eine Abschaltung des Erdschlusses so herbeigeführt werden, daß nur dasjenige Leitungsstück abgetrennt wird, in dem sich der Erdschluß befindet. Auch ist es denkbar, bei Auftreten eines Erdschlusses zunächst einen Parallelweg, d. h. eine andere Leitung, einzuschalten und erst nachher den Erdschluß abzutrennen. These four marks for the earth fault point now enable the Network depending on the location of the earth fault point. It can e.g. B. by a Suitable relay a signal can be given where the earth fault is located, or it can the ground fault can be switched off in such a way that only the line section in which the ground fault is located is disconnected is located. It is also conceivable, if an earth fault occurs, to initially use a parallel path, d. H. another line to be switched on and only afterwards to disconnect the earth fault.

Man hat nun vorgeschlagen, in den verschiedenen Stationen Relais einzubauen, welche eine vom Strom abhängige Verzögerung besitzen. Diese Relais werden mit Hilfe einer der bekannten Schaltungen,, z. B. der vielfach verwendeten ■ Holmgrenschaltung, vom Summenstrom gespeist. Da der Summenstrom in der unmittelbaren Umgebung des Erdschlußpunktes am größten ist, so sprechen die Relais in der Nähe des Erdschlußpunktes zuerst an und bewirken dadurch die Abschaltung oder Signalisierung der Erdschlußstelle.It has now been proposed to install relays in the various stations, which have a current-dependent delay. These relays are using one of the known circuits ,, z. B. the widely used ■ handlebar switch, fed by the total current. Since the total current is greatest in the immediate vicinity of the earth fault point, see above the relays in the vicinity of the earth fault point respond first and thus cause the disconnection or signaling of the earth fault.

Die Empfindlichkeit derartiger Relais kann nun dadurch erhöht werden, daß man erfindungsgemäß das von dem Summenstrom abhängige Relais mit einem an der Phasenspannung liegenden, an sich bekannten Spannungsverlustrelais vereinigt. Der spannungsabhängige Teil eines derartigen Relais kann z. B. mit einer Kurvenscheibe verbunden sein, die so ausgebildet ist, daß ihre größten Radien den beweglichen Teil des stromabhängigen Gliedes bei geringster Spannung am nächsten stehen. Dadurch ergibt sich eine Berührung von stromabhängigem Teil und Spannungsteil um so früher, je geringer die Spannung ist und je größer der Strom ist. Der Strom an der Erdschlußstelle ist am größten, die Spannung am kleinsten, so daß sich dadurch eine sehr sichere Staffelung in den Auslösezeiten erreichen läßt.The sensitivity of such relays can now be increased by the invention the relay dependent on the total current with a voltage loss relay which is known per se and is connected to the phase voltage united. The voltage-dependent part of such a relay can, for. B. be connected to a cam, which is designed so that its largest radii the moving part of the current-dependent Be closest to the limb with the lowest tension. This results in contact between the current-dependent part and Voltage division earlier, the lower the voltage and the greater the current. The current at the earth connection point is greatest, the voltage the smallest, so that a very reliable graduation in the tripping times can thereby be achieved.

Eine andere Anordnung wäre die, daß man durch einen Magneten mit Kunstphase, weleher vom Summenstrom erregt ist, eine Ferrarisscheibe in Rotation versetzt und den Dämpfungsmagneten an die Phasenspannung legt. Die Dämpfung ist dann um so geringer, je geringer die Phasenspannung ist, d. h. an go der Erdschlußstelle wäre die Dämpfung am geringsten und damit die Drehzahl am größten. Die Anordnung kann so getroffen werden, daß Spannungs- und Stromfeld sich gegenseitig beeinflussen, so daß noch ein Zusatzdrehmoment entsteht, welches von Spannung mal Strom abhängig ist. Durch passende Wahl der Phasenverschiebung kann dieses Zusatzmoment ebenfalls zur Vergrößerung der Selektivwirkung herangezogen werden. Another arrangement would be that a magnet with an artificial phase, weleher is excited by the total current, a Ferrari disk is set in rotation and the damping magnet is connected to the phase voltage lays. The lower the phase voltage, the lower the attenuation. H. to go The attenuation would be lowest at the earth fault point and thus the speed would be highest. The arrangement can be made so that the voltage and current fields are mutually exclusive influence, so that there is still an additional torque, which is caused by tension times electricity is dependent. With a suitable choice of the phase shift, this additional torque can also be increased the selective effect can be used.

Das vom Summenstrom abhängige Relais kann auch zur Erhöhung der Empfindlichkeit der Einrichtung statt mit einem Spannungsverlustrelais erfindungsgemäß mit einem von der Phasenverschiebung des Stromes in der kranken Phase gegen den Strom in der gesunden Phase oder gegen eine verkettete Spannung davon abhängigen Relais verbunden werden. Eine einfache Ausführung ist z. B. die Verbindung eines Stromrelais mit einem Leistungsfaktorrelais, das von den in Frage kommenden Strömen gespeist wird. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß die Kontaktgabe des stromabhängigen Gliedes mit Verzögerung um so früher erfolgt, je größer die Phasenverschiebung zwischen den Strömen ist.The relay, which is dependent on the total current, can also be used to increase the sensitivity the device instead of a voltage loss relay according to the invention with a of the phase shift of the current in the sick phase against the current in the healthy phase or connected to a linked voltage dependent relay will. A simple version is z. B. the connection of a current relay with a power factor relay, which is controlled by the in Question coming streams is fed. The arrangement is made so that the Contact of the current-dependent element takes place with a delay, the earlier, depending the phase shift between the currents is greater.

Ebenso wie die Phasenverschiebung zwischen zwei Strömen ausgenutzt wird, kann auch die Phasenverschiebung des Stromes in der kranken Phase gegenüber einer verkette-Just as the phase shift between two currents is used, can also the phase shift of the current in the sick phase compared to a chained

ten Spannung verwertet und ein von dieser Phasenverschiebung abhängiges. Relais mit einem vom Summenstrom beeinflußten Relais verbunden werden. Dieses Relais kann in der Weise ausgeführt werden, daß ein Ferrarismotor von einem Spannungsmagneten beeinflußt wird, dessen Wicklung an der verketteten Spannung liegt. Der Summenstrom wird einem zweiten Magneten zugeführt, dessenth voltage is used and one that depends on this phase shift. Relay with connected to a relay influenced by the total current. This relay can be used in the Way to be carried out that a Ferrari motor influenced by a tension magnet whose winding is due to the linked voltage. The total current is fed to a second magnet, whose

ίο Kraftlinien in den Bereich der vom Spannungsmagneten induzierten Ströme kommen. Durch an sich bekannte Mittel wird die Phasenverschiebung so eingestellt, daß mit zunehmender kapazitiver Komponente im Stromίο Lines of force in the area of the tension magnet induced currents come. The phase shift is achieved by means known per se set so that with increasing capacitive component in the stream

ig eine Verringerung des Drehmoments erzielt wird. Da die Kapazitätskomponente in der kranken Phase an der Erdschlußstelle am kleinsten ist und der Strom am größten, so ist die Umdrehungszahl der Ferrarisscheibeig achieved a reduction in torque will. Since the capacitance component in the sick phase at the earth connection point on is smallest and the current is greatest, then is the number of revolutions of the Ferrari disk

ao an der Erdschlußstelle am höchsten, wodurch sich die Abschaltung in kürzester Zeit erreichen läßt.ao highest at the earth connection point, which means that shutdown can be achieved in the shortest possible time leaves.

Es ist auch denkbar, daß drei der hier genannten Kennzeichen die Funktion eines Relais beeinflussen. Dies wäre z. B. folgendermaßen auszuführen: Das Stromglied wird vom Summenstrom betätigt. Der Gegenkontakt wird vom Spannungsglied dem Stromglied um so mehr genähert, je kleiner die Spannung ist. Gleichzeitig wird von einem Leistungsfaktorrelais ein Widerstand im Spannungsrelais verringert, und zwar um so mehr, je größer die Phasenverschiebung zwischen den Strömen ist. Es wäre dann die Auslösezeit um so kürzer, je größer der Summenstrom ist, je kleiner die Spannung ist und je größer die Phasenverschiebung ist.It is also conceivable that three of the features mentioned here have the function of a relay influence. This would be e.g. B. to be carried out as follows: The current element is actuated by the total current. The counter contact the lower the voltage, the closer the voltage element is to the current element. At the same time is from one Power factor relay a resistance in the voltage relay decreases, and so much so more, the greater the phase shift between the currents. It would then be the one The greater the total current and the lower the voltage, the shorter the tripping time and the greater the phase shift.

Wird nun der Summenstrom zur Auslösung¹ herangezogen und die Ablaufzeit des Relais so gewählt, daß sie proportional dem Summenstrom ist, so sind die Ablaufzeiten proportional der Entfernung des Relais vomErdschlußpunkt. In vielen Fällen wird es angezeigt sein, die Abhängigkeit vom Summenstrom zu vergrößern, z. B. quadratische oder Abhängigkeit nach noch höheren Potenzen anzustreben. Dabei ist als wesentlich anzusehen, daß die Kurve der Auslösezeit an der Stelle des größten Stromes möglichst steil verläuft.If the total current for tripping ^{1 is} used and the delay time of the relay is selected so that it is proportional to the total current, the delay times are proportional to the distance of the relay from the earth fault. In many cases it will be advisable to increase the dependency on the total current, e.g. B. to strive for quadratic or dependence on even higher potencies. It is essential that the tripping time curve is as steep as possible at the point of greatest current.

Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Erdschluß-Zeitrelais, dadurch gekennzeichnet, daß der an der Schaltstelle auftretende Summenstrom ein Relais mit stromabhängiger Verzögerung speist, mit dem gleichzeitig ein an der Phasenspannung liegendes, an sich bekanntes Spannungsverlustrelais verbunden ist.1. Earth fault time relay, characterized in that the at the switching point occurring total current feeds a relay with current-dependent delay, with which at the same time a phase voltage lying, known per se voltage loss relay is connected. 2. Erdschluß-Zeitrelais, dadurch gekennzeichnet, daß der an der Schaltstelle auftretende Summenstrom ein Relais mit stromabhängiger Verzögerung speist, mit dem gleichzeitig ein Relais verbunden ist, das von der Phasenverschiebung des Stromes in der kranken Phase gegen den Strom in einer gesunden Phase oder gegen eine verkettete Spannung abhängig gemacht ist.2. Earth fault time relay, characterized in that the at the switching point occurring total current feeds a relay with current-dependent delay, with which a relay is connected at the same time, that of the phase shift of the current in the sick phase against the current in a healthy phase or is made dependent on a chained voltage. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings